JP7001213B1 - 機械構造部品用電縫鋼管及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1には、中空スタビライザー等におけるような急速加熱焼入れ処理を施されても、耐久性に優れた部材とすることが可能な、熱処理用電縫溶接鋼管として、質量%で、C:0.15~0.40%、Si:0.05~0.50%、Mn:0.30~2.00%、Al:0.01~0.10%、Ti:0.001~0.04%、B:0.0005~0.0050%及びN:0.0010~0.0100%を含み、かつ、Ti及びNが、(N/14)<(Ti/47.9)を満足し、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有し、電縫溶接部のボンド幅が25μm以下である、熱処理用電縫溶接鋼管が開示されている。
特許文献2:特開昭58-123858号公報
特許文献3:特開昭57-126917号公報
特許文献4:特開平6-93339号公報
特許文献5:特開2008-261049号公報
特許文献6:国際公開2019/131813号
<1> 直管部を含む機械構造部品用電縫鋼管であって、
前記直管部が、母材部及び電縫溶接部を含み、
前記母材部の化学組成が、質量%で、
C:0.30~0.38%、
Si:0.05~0.40%、
Mn:0.50~2.00%、
Al:0.010~0.060%、
Ti:0.005~0.050%、
B:0.0003~0.0050%、
Ca:0.0005~0.0040%、
N:0~0.0060%、
P:0~0.020%、
S:0~0.0200%、
O:0~0.0050%、
Cu:0~0.50%、
Ni:0~0.50%、
Cr:0~0.50%、
V:0~0.20%、
Nb:0~0.10%、
Mo:0~0.50%、
Mg:0~0.0500%、
REM:0~0.0500%、及び、
残部:Fe及び不純物からなり、
前記母材部における肉厚中央部のミクロ組織が、焼戻しマルテンサイトであり、
Cの濃度が、前記母材部の化学組成におけるCの濃度に対して90%以下である層を脱C層とし、Bの濃度が、前記母材部の化学組成におけるBの濃度に対して90%以下である層を脱B層とした場合に、前記母材部の内表面側及び外表面側の各々において、脱C層の厚さが0.20mm未満であり、脱B層の厚さが0.10mm未満であり、
前記母材部の内表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さ及び前記母材部の外表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さの各々が、420Hv以上510Hv未満である、
機械構造部品用電縫鋼管。
<2> 前記母材部の化学組成が、質量%で、
Cu:0.01~0.50%、
Ni:0.05~0.50%、
Cr:0.05~0.50%、及び
Mo:0.01~0.50%
からなる群から選択される1種以上を含有する
<1>に記載の機械構造部品用電縫鋼管。
<3> 前記直管部の外径が10~50mmであり、
前記母材部の肉厚を前記直管部の外径で除した値が0.04~0.25である、
<1>又は<2>に記載の機械構造部品用電縫鋼管。
<4> 前記母材部の前記化学組成において、下記式(1)で表されるF1が、0.50以上である、
<1>~<3>のいずれか1つに記載の機械構造部品用電縫鋼管。
F1 = Ca×(1-124×O)/(1.25×S) … 式(1)
式(1)の各元素記号は、各元素の質量%を意味する。
<5> <1>~<4>のいずれか1つに記載の機械構造部品用電縫鋼管を製造する方法であって、
母材部A及び電縫溶接部Aを含み、前記母材部Aの化学組成が、質量%で、
C:0.30~0.38%、
Si:0.05~0.40%、
Mn:0.50~2.00%、
Al:0.010~0.060%、
Ti:0.005~0.050%、
B:0.0003~0.0050%、
Ca:0.0005~0.0040%、
N:0~0.0060%、
P:0~0.020%、
S:0~0.0200%、
O:0~0.0050%、
Cu:0~0.50%、
Ni:0~0.50%、
Cr:0~0.50%、
V:0~0.20%、
Nb:0~0.10%、
Mo:0~0.50%、
Mg:0~0.0500%、
REM:0~0.0500%、及び、
残部:Fe及び不純物からなる、アズロール電縫鋼管を準備する準備工程と、
前記アズロール電縫鋼管に対し、焼入れを施す焼入れ工程と、
前記焼入れが施された前記アズロール電縫鋼管に対し、焼戻しを施して前記機械構造部品用電縫鋼管を得る焼戻し工程と、
を備え、
前記焼入れ工程において、前記焼入れが行われる雰囲気中の酸素量が1000体積ppm以下であり、前記焼入れにおける冷却速度が10℃/秒以上である、
機械構造部品用電縫鋼管の製造方法。
<6> 更に、前記準備工程後であって前記焼入れ工程前に、前記アズロール電縫鋼管を伸管する伸管工程を備え、
前記焼入れ工程は、伸管された前記アズロール電縫鋼管に対し、焼入れを施す、
<5>に記載の機械構造部品用電縫鋼管の製造方法。
<7> 更に、前記準備工程後であって前記焼入れ工程前に、前記アズロール電縫鋼管に対してショットブラストを施す工程を備える、
<5>又は<6>に記載の機械構造部品用電縫鋼管の製造方法。
<8> 前記焼入れにおける加熱温度が900~1050℃であり、
前記焼戻しにおける加熱温度が100~500℃である、
<5>~<7>のいずれか1つに記載の機械構造部品用電縫鋼管の製造方法。
本開示において、成分(元素)の含有量を示す「%」は、「質量%」を意味する。
本開示において、C(炭素)の含有量を、「C含有量」と表記することがある。他の元素の含有量についても同様に表記することがある。
本開示において、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
「造管」とは、ホットコイルから巻き出された熱延鋼板をロール成形することによりオープン管とし、得られたオープン管の突合せ部を電縫溶接して電縫溶接部を形成するまでの過程を指す。
「ホットコイル」とは、ホットストリップミルを用いて製造され、コイル状に巻き取られた熱延鋼板を意味する。
「ロール成形」とは、ホットコイルから巻き出された熱延鋼板を、連続的に曲げ加工してオープン管状に成形することを指す。
厚鋼板(steel plate)は、長尺の鋼板(continuous steel sheet)ではないため、連続的な曲げ加工である、ロール成形に使用することはできない。
電縫鋼管は、以上の点で、厚鋼板を用いて製造される溶接鋼管(例えば、UOE鋼管)とは明確に区別される。
本開示の機械構造部品用電縫鋼管(以下、単に「電縫鋼管」ともいう)は、直管部を含む機械構造部品用電縫鋼管であって、
直管部が、母材部及び電縫溶接部を含み、
母材部の化学組成が、質量%で、
C:0.30~0.38%、
Si:0.05~0.40%、
Mn:0.50~2.00%、
Al:0.010~0.060%、
Ti:0.005~0.050%、
B:0.0003~0.0050%、
Ca:0.0005~0.0040%、
N:0~0.0060%、
P:0~0.020%、
S:0~0.0200%、
O:0~0.0050%、
Cu:0~0.50%、
Ni:0~0.50%、
Cr:0~0.50%、
V:0~0.20%、
Nb:0~0.10%、
Mo:0~0.50%、
Mg:0~0.0500%、
REM:0~0.0500%、及び、
残部:Fe及び不純物からなり、
母材部における肉厚中央部のミクロ組織が、焼戻しマルテンサイトであり、
Cの濃度が、母材部の化学組成におけるCの濃度に対して90%以下である層を脱C層とし、Bの濃度が、母材部の化学組成におけるBの濃度に対して90%以下である層を脱B層とした場合に、母材部の内表面側及び外表面側の各々において、脱C層の厚さが0.20mm未満であり、脱B層の厚さが0.10mm未満であり、
母材部の内表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さ及び母材部の外表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さの各々が、420Hv以上510Hv未満である。
直管部における母材部の上記化学組成と、
焼戻しマルテンサイトである母材部の上記ミクロ組織と、
母材部の内表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さ及び母材部の外表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さの各々が、420Hv以上510Hv未満であることと、
の組み合わせを満足する電縫鋼管であって、かつ、疲労強度に優れる。
疲労強度の効果は、母材部の内表面側及び外表面側の各々において、脱C層の厚さが0.20mm未満であり、かつ、脱B層の厚さが0.10mm未満であることによって奏される効果である。
本開示の機械構造部品用電縫鋼管の用途である機械構造部品としては、例えば自動車用部品(例えば、ドライブシャフト、アクスルビーム、中空ばね、スタビライザー)等の、高強度及び耐疲労特性が要求される機械構造部品が挙げられる。
通常、鋼の疲労強度と硬さとは正の相関を示す。そのため、本発明者らは、電縫鋼管の母材部の内表層の硬さについて調査した。その結果、図1を得た。
ここで、母材部の内表層とは、母材部の内表面から所定深さまでの領域を意味する。所定深さとは、例えば、内表面から深さ0.50mmの位置までの領域である。
硬さが低い領域は、疲労き裂の起点となりやすい。内表層において硬さが低い領域が厚ければ、電縫鋼管の疲労強度が低下する。
そこで、本発明者らは、電縫鋼管の疲労強度を高めるために、電縫鋼管の母材部の内表層において、硬さが低い領域の厚さを低減することを考えた。
本発明者らはまず、電縫鋼管の母材部の内表層において、硬さが低下する原因について調査及び検討を行った。硬さは鋼の元素濃度と相関がある。そのため、本発明者らは、硬さに影響するC(炭素)に着目した。
図2は、上記深さ方向のC濃度プロファイルである。
図2中の破線1は、母材部のC濃度に対して90%のC濃度(=0.342%)を示す。
母材部のC濃度とは、母材部内部のC濃度(質量%)を意味する。母材部内部のC濃度とは、具体的には、電縫鋼管における、電縫溶接部から管周方向に90°ずれた位置(以下、「母材90°位置」ともいう)の肉厚中央部におけるC濃度(質量%)を意味する。 図2に示すように、電縫鋼管の母材部の内表面から0.20mm深さ位置までの領域のC濃度は、母材部のC濃度の90%(つまり、0.342%)よりも低い。
以上の結果から、本発明者らは、電縫鋼管の母材部の内表面から0.20mm深さ位置までにおいて、硬さが低下する原因は、内表層においてC濃度が低下しているためであると考えた。
C濃度が低下する現象を、以下、「脱C」ともいう。
図3中の破線2は、母材部のB濃度に対して90%のB濃度(0.00246%)を示し、破線20は、母材部のB濃度(0.00273%)を示す。
母材部のB濃度とは、母材部内部のB濃度を意味する。母材部内部のB濃度とは具体的には、電縫鋼管における母材90°位置の肉厚中央部におけるB濃度(質量%)である。
図3に示すように、電縫鋼管の母材部の内表面から0.10mm深さ位置までの領域においてB濃度が低下し、この領域のB濃度が、母材部のB濃度に対して90%よりも低くなっている。
B濃度が低下する現象を、以下、「脱B」ともいう。
図4中、実線4は、図1に示したビッカース硬さを模式図に表した線である。
図4中の破線3は、脱Cのみが発生していると考えられる場合のビッカース硬さを示す線である。
母材部の内表層において、もし、脱Cのみが発生しているのであれば、破線3に示すとおり、ビッカース硬さは、電縫鋼管の母材部の内表面から0.20mm深さ位置までの領域において、内表面に向かうに従って緩やかに減少するはずである。
しかし実際には、ビッカース硬さは、図4中の実線4に示すとおり、母材部の内表面から0.20mm深さ位置から0.10mm深さ位置まで緩やかに減少し、電縫鋼管の母材部の0.10mm深さ位置から内表面までの領域においては、内表面に向かうに従って顕著に減少している。
従って、電縫鋼管の母材部の内表層において、C濃度の低下(脱C)を抑制するだけでなく、B濃度の低下(脱B)も抑制する必要がある。
以下、母材部の化学組成における各元素の含有量について説明する。
C(炭素)は、鋼中に固溶して、又は、炭化物として析出して、鋼の疲労強度を高める元素である。C含有量が0.30%未満であると、この効果が十分に得られない場合がある。一方、C含有量が0.38%を超えると、加工性が低下する場合がある。
従って、C含有量は0.30~0.38%である。
C含有量の下限は、好ましくは0.31%であり、より好ましくは0.32%であり、更に好ましくは0.33%である。
C含有量の上限は、好ましくは0.37%である。
Siは、固溶強化により鋼の疲労強度を高める元素である。Si含有量が0.15%未満であると、この効果が十分に得られない場合がある。一方、Si含有量が0.30%を超えると、Si-Mn系の介在物が生成しやすくなる場合がある。
従って、Si含有量は0.05~0.40%である。
Si含有量の下限は、好ましくは0.10%であり、より好ましくは0.15%である。
Si含有量の上限は、好ましくは0.35%であり、より好ましくは0.30%である。
Mnは、鋼の焼入れ性を高め、鋼の疲労強度を高める元素である。Mn含有量が0.50%未満であると、この効果が十分に得られない場合がある。一方、Mn含有量が2.00%を超えると、MnS等の粗大な介在物が生成し、その結果、鋼の疲労寿命が低下する場合がある。
従って、Mn含有量は、0.50~2.00%である。
Mn含有量の下限は、好ましくは0.60%であり、より好ましくは0.80%であり、更に好ましくは1.00%であり、更に好ましくは1.10%であり、更に好ましくは1.20%である。
Mn含有量の上限は、好ましくは1.80%であり、より好ましくは1.70%である。
Alは、鋼を脱酸する元素である。Alは、更に、Nを固定して、焼入れ性向上に有効な固溶B量を確保する元素でもある。Al含有量が0.010%未満であると、この効果が十分に得られない場合がある。一方、Al含有量が0.060%を超えると、介在物が生成しやすくなり、鋼の疲労強度が低下する場合がある。
従って、Al含有量は、0.010~0.060%である。
Al含有量の下限は、好ましくは0.015%であり、より好ましくは0.020%である。
Al含有量の上限は、好ましくは0.050%であり、より好ましくは0.045%である。
Tiは、Nを固定して、焼入れ性向上に有効な固溶B量を確保する元素である。Tiは更に、微細な炭化物として析出し、ピンニング効果により熱処理時の結晶粒の粗大化を抑制し、その結果、鋼の靭性を高める元素でもある。Ti含有量が0.005%未満であると、上記効果が十分に得られない場合がある。一方、Ti含有量が0.050%を超えると、介在物が粗大化し、その結果、鋼の靭性及び疲労強度が低下する場合がある。
従って、Ti含有量は0.005~0.050%である。
Ti含有量の下限は、好ましくは0.007%であり、より好ましくは0.010%である。
Ti含有量の上限は、好ましくは0.025%であり、より好ましくは0.020%である。
B(ホウ素)は、鋼の焼入れ性を高める元素である。Bは、更に、粒界強化により鋼の疲労強度を高める元素でもある。B含有量が0.0003%未満であると、上記効果が十分に得られない場合がある。一方、B含有量が0.0050%を超えると、粗大なB析出物が生成し、その結果、鋼の靭性が低下する場合がある。また、B含有量が0.0050%を超えると、脱B層が厚くなりすぎる場合がある。
従って、B含有量は0.0003~0.0050%である。
B含有量の下限は、好ましくは0.0005%であり、より好ましくは0.0008%である。
B含有量の上限は、好ましくは0.0025%であり、より好ましくは0.0020%である。
Caは、SをCaSとして固定することにより、MnSの生成を抑制し、その結果、MnSによる疲労強度の低下を抑制する効果を発現する元素である。Ca含有量が0.0005%未満であると、これらの効果が十分に得られない場合がある。一方、Ca含有量が0.0040%を超えると、粗大なCa介在物が形成され、その結果、鋼の靭性及び疲労強度が低下する場合がある。
従って、Ca含有量は0.0005~0.0040%である。
Ca含有量の下限は、好ましくは0.0005%であり、より好ましくは0.0010%であり、更に好ましくは0.0012%である。
Ca含有量の上限は、好ましくは0.0038%であり、更に好ましくは0.0035%であり、更に好ましくは0.0030%である。
N(窒素)は、不純物である。N含有量は、0%であってもよいし、0%超であってもよい。
Nは、BNとして析出する元素である。BNが析出すると、固溶Nによる焼入れ性向上効果が低下する場合がある。BNが析出すると、更に、窒化物の粗大化及び時効硬化により靭性が低下する場合がある。
従って、N含有量は0.0060%以下である。
N含有量の上限は、好ましくは0.0040%であり、更に好ましくは0.0030%である。
一方、Nは、窒化物や炭窒化物を形成して、鋼の強度を高める。かかる効果をより効果的に得る観点から、N含有量の下限は、好ましくは0.0010%であり、より好ましくは0.0015%である。
P(リン)は、不純物である。P含有量は、0%であってもよいし、0%超であってもよい。
Pは、鋼の耐溶接割れ性及び靭性を低下する元素である。
従って、P含有量は0~0.020%である。
P含有量の上限は、好ましくは0.015%であり、より好ましくは0.012%である。
P含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、P含有量の過剰な低減は、製造コストを高める場合がある。従って、製造コスト低減の観点から、P含有量は、0%超であってもよく、0.001%以上であってもよく、0.002%以上であってもよく、0.005%以上であってもよい。
S(硫黄)は、不純物である。S含有量は、0%であってもよいし、0%超であってもよい。
Sは、非金属介在物を形成する元素である。非金属介在物は電縫鋼管の曲げ性、疲労寿命及び加工性を低下する。Sは、更に、靭性、異方性、及び、再熱割れ感受性を低下する元素でもある。
従って、S含有量は0~0.0200%である。
S含有量の上限は、好ましくは0.0100%であり、より好ましくは0.0050%である。
S含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、S含有量の過剰な低減は、製造コストを高める場合がある。従って、製造コスト低減の観点から、S含有量は、0%超であってもよく、0.0001%以上であってもよく、0.0002%以上であってもよく、0.0005%以上であってもよい。
O(酸素)は、不純物である。O含有量は、0%であってもよいし、0%超であってもよい。
Oは、CaOとなってCaの効果(即ち、SをCaSとして固定することにより、MnSの生成を抑制する効果)を損なわせる元素である。
従って、O含有量は0~0.0050%である。
O含有量の上限は、好ましくは0.040%であり、より好ましくは0.030%である。
O含有量は、なるべく低い方が好ましい。しかしながら、O含有量の過剰な低減は、製造コストを高める場合がある。従って、製造コスト低減の観点から、O含有量は、0%超であってもよく、0.0001%以上であってもよく、0.0005%以上であってもよい。
Cuは、任意元素である。即ち、Cu含有量は、0%であってもよいし、0%超であってもよい。
Cu含有量が高すぎると、鋼の加工性が低下する場合がある。
従って、Cu含有量は、0~0.50%である。
Cu含有量の上限は、好ましくは0.40%であり、より好ましくは0.30%である。
一方、Cuは、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める元素である。かかる効果の観点から、Cu含有量の下限は、好ましくは0.01%であり、より好ましくは0.02%であり、更に好ましくは0.05%であり、更に好ましくは0.10%である。
Niは、任意元素である。即ち、Ni含有量は、0%であってもよいし、0%超であってもよい。
Ni含有量が高すぎると、材料コストが高くなる場合がある。
従って、Ni含有量は、0~0.50%である。
Ni含有量の上限は、好ましくは0.40%であり、より好ましくは0.30%である。
一方、Niは、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める元素である。かかる効果の観点から、Ni含有量の下限は、好ましくは0.05%であり、より好ましくは0.10%である。
Crは、任意元素である。即ち、Cr含有量は、0%であってもよいし、0%超であってもよい。
Cr含有量が0.50%を超えると、介在物が生成して割れが発生する場合がある。
従って、Cr含有量は0~0.50%である。
Cr含有量の上限は、好ましくは0.35%であり、より好ましくは0.20%である。
一方、Crは、鋼の焼入れ性を高め、鋼の疲労強度を高める元素である。かかる効果の観点から、Cr含有量の下限は、好ましくは0.05%であり、更に好ましくは0.10%であり、更に好ましくは0.13%である。
V(バナジウム)は、任意元素である。即ち、V含有量は、0%であってもよいし、0%超であってもよい。
V含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する場合がある。
従って、V含有量は、0~0.20%である。
V含有量の上限は、好ましくは0.15%であり、より好ましくは0.10%である。
一方、Vは、鋼の強度を高める元素である。かかる効果の観点から、V含有量の下限は、好ましくは0.01%である。
Nbは、任意元素である。即ち、Nb含有量は、0%であってもよいし、0%超であってもよい。
Nb含有量が高すぎると、鋼の靱性が低下する場合がある。
従って、Nb含有量は、0~0.10%である。
Nb含有量の上限は、好ましくは0.08%であり、より好ましくは0.05%である。
一方、Nbは、鋼の強度を高め、粒成長を抑制して低温靭性を高める元素である。かかる効果の観点から、Nb含有量の下限は、好ましくは0.001%、より好ましくは0.003%である。
Moは、任意元素である。即ち、Mo含有量は、0%であってもよいし、0%超であってもよい。
Mo含有量が高すぎると、粗大な炭化物が形成し、鋼の靭性が低下する場合がある。
従って、Mo含有量は0~0.50%である。
Mo含有量の上限は、好ましくは0.40%であり、より好ましくは0.30%である。
一方、Moは、鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める元素である。Moは、更に、固溶強化により、鋼の強度を高める元素でもある。これらの効果の観点から、Mo含有量の下限は、好ましくは0.01%であり、より好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.03%である。
Mgは、任意元素である。即ち、Mg含有量は、0%であってもよいし、0%超であってもよい。
Mg含有量が高すぎると、鋼中の酸化物が粗大化し、鋼の靱性が低下する場合がある。
従って、Mg含有量は、0~0.0500%である。
Mg含有量の上限は、好ましくは0.0400%であり、より好ましくは0.0300%であり、さらに好ましくは0.0200%である。
一方、Mgは、鋼中のSを硫化物として無害化し、鋼の靱性を高める元素である。かかる効果を得る観点から、Mg含有量の下限は、好ましくは0%超であり、より好ましくは0.0001%であり、更に好ましくは0.0003%であり、更に好ましくは0.0005%である。
REMは、任意元素である。即ち、REM含有量は、0%であってもよいし、0%超であってもよい。
ここで、REMは、希土類元素、即ち、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuからなる群から選択される少なくとも1種の元素を意味する。また、REM含有量は、希土類元素の総含有量を意味する。
REM含有量が高すぎると、鋼中の酸化物が粗大化し、鋼の靱性が低下する場合がある。
従って、REM含有量は、0~0.0500%である。
REM含有量の上限は、好ましくは0.0400%であり、より好ましくは0.0300%であり、さらに好ましくは、0.0200%である。
一方、REMは、鋼中の硫化物の形態を制御し、鋼の靱性を高める元素である。かかる効果を得る観点から、REM含有量の下限は、好ましくは0.0001%であり、更に好ましくは0.0003%であり、更に好ましくは0.0005%である。
直管部における母材部の化学組成において、上述した各元素を除いた残部は、Fe及び不純物である。
ここで、不純物とは、原材料(例えば、鉱石、スクラップ、等)に含まれる成分、または、製造の工程で混入する成分であって、意図的に鋼に含有させたものではない成分を指す。
不純物としては、上述した元素以外のあらゆる元素が挙げられる。不純物としての元素は、1種のみであっても2種以上であってもよい。
不純物として、例えば、Sb、Sn、W、Co、As、Pb、Bi、H、等が挙げられる。
上述した元素のうち、例えば、Sb、Sn、Co、及びAsについては、例えば含有量0.1%以下の混入が、Pb及びBiについては、例えば含有量0.005%以下の混入が、Hについては、例えば含有量0.0004%以下の混入が、それぞれあり得る。
その他の元素の含有量については、通常の範囲であれば、特に制御する必要はない。
Cu:0.01~0.50%、
Ni:0.05~0.50%、
Cr:0.05~0.50%、及び
Mo:0.01~0.50%
からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。
これらの元素の含有量のより好ましい範囲は、それぞれ前述したとおりである。
母材部の化学組成において、下記式(1)で表されるF1が、0.50以上であることが好ましい。これにより、鋼の疲労強度がより向上する。
式(1)の各元素記号は、各元素の質量%を意味する。
この理由は、F1が0.50以上である場合には、有効に機能する(即ち、CaOを形成していない)Caの量がある程度確保されるので、Caによる上記効果(即ち、SをCaSとして固定することにより、電縫鋼管の疲労強度を低下させるMnSの生成を抑制する効果)がより効果的に発揮されるためと考えられる。
本開示の電縫鋼管において、母材部における肉厚中央部のミクロ組織は、焼戻しマルテンサイトである。
母材部における肉厚中央部のミクロ組織は、以下のようにして確認する。
電縫鋼管のC断面における母材90°位置の肉厚中央部において、観察面をナイタールでエッチングする。エッチングした観察面を光学顕微鏡観察し、ミクロ組織を確認する。
観察視野面は、圧延方向に200μm、肉厚方向に500μmの矩形である。観察倍率は500倍とする。
本開示の電縫鋼管では、母材部の内表面側及び外表面側の各々において、脱C層(即ち、Cの濃度が、母材部の化学組成におけるCの濃度に対して90%以下である層)の厚さが0.20mm未満である。これにより、電縫鋼管の疲労強度が向上する。
従って、母材部の内表面側の脱C層の厚さは、0.20mm未満である。
母材部の内表面側の脱C層の厚さの下限は特に限定されない。母材部の内表面側の脱C層の厚さは0mmであってもよい。母材部の内表面側の脱C層の厚さは薄いほどよい。
母材部の内表面側の脱C層の厚さの上限は、好ましくは0.19mmであり、より好ましくは0.18mmであり、更に好ましくは0.16mmであり、更に好ましくは0.14mmであり、更に好ましくは0.12mmであり、更に好ましくは0.10mmである。
従って、母材部の外表面側の脱C層の厚さは、0.20mm未満である。
母材部の外表面側の脱C層の厚さの下限は特に限定されない。母材部の外表面側の脱C層の厚さは0mmであってもよい。母材部の外表面側の脱C層の厚さは薄いほどよい。
母材部の外表面側の脱C層の厚さの好ましい上限は、母材部の内表面側の脱C層の厚さの好ましい上限と同様である。
なお、母材部の外表層とは、母材部の外表面から所定深さまでの領域を意味する。所定深さとは、例えば、外表面から0.50mm深さ位置までの領域である。
母材部のC濃度は、JIS G 1253(2013)に準拠して、周知のチェック分析で測定する。具体的には、母材90°位置の肉厚中央部から、試料を採取する。採取した試料の分析面の直径が20mm以上、厚さ3mm以上となるように、試料を加工する。加工した試料の分析面を研削により平面状に調整する。調整した試料をスパーク放電発光分光分析装置に設置して、C濃度(質量%)を測定する。得られたC濃度を、母材部のC濃度(質量%)とする。
グロー放電発光分析装置(GD-OES:Glow Discharge Optical Emission Spectrometry)を用い、母材部の内表面からの深さ(即ち、内表面からの肉厚方向の距離)と、C濃度(質量%)との関係を示す、深さ方向(即ち、肉厚方向)のC濃度プロファイルを測定する。
具体的には、上記母材部の内表面から深さ方向(即ち、肉厚方向)に向かって、アルゴンイオンによるスパッタリングを実施しながら、深さ方向に0.03μm間隔でC濃度を測定し、上記C濃度プロファイルを得る。GD-OESの測定径は直径4mmとする。
得られたC濃度プロファイルに対して、測定誤差を考慮して、スムージング処理を行う。具体的には、測定深さ位置ごとに、この測定深さ位置±1.50μmの範囲内で測定されたC濃度の算術平均値を算出する。得られたC濃度の算術平均値を、その測定深さ一のC濃度と定義する。各測定深さ位置において、上述のC濃度を求める。例えば、測定深さ位置が表面から1.50μm深さ位置でのC濃度は、表面から0~3.00μm深さ位置の間における101個の測定深さ位置(0.03μm間隔)のC濃度の算術平均値とする。
以上のスムージング処理により各測定深さ位置でのC濃度を求め、C濃度プロファイルを得る。スムージング処理を実施した場合、C濃度プロファイルは、表面から1.50μm深さ位置から始まる曲線として示される。
得られたC濃度プロファイルにおいて、C濃度が母材部のC濃度の90%以下となっている、内表面からの深さ範囲を特定し、特定された深さ範囲を、脱C層の厚さ(mm)とする。
本開示の電縫鋼管では、母材部の内表面側及び外表面側において、脱B層(即ち、Bの濃度が、母材部の化学組成におけるBの濃度に対して90%以下である層)の厚さが0.10mm未満である。これにより、電縫鋼管の疲労強度が向上する。
従って、母材部の内表面側の脱B層の厚さは、0.10mm未満である。
母材部の内表面側の脱B層の厚さの下限は特に限定されない。母材部の内表面側の脱B層の厚さは0mmであってもよい。母材部の内表面側の脱B層の厚さは薄いほどよい。
母材部の内表面側の脱B層の厚さの上限は、好ましくは0.09mmであり、より好ましくは0.08mmである。
従って、母材部の外表面側の脱B層の厚さは、0.10mm未満である。
母材部の外表面側の脱B層の厚さの下限は特に限定されない。母材部の外表面側の脱B層の厚さは0mmであってもよい。母材部の外表面側の脱B層の厚さは薄いほどよい。
母材部の外表面側の脱B層の厚さの好ましい上限は、母材部の内表面側の脱B層の厚さの好ましい上限と同様である。
母材部のB濃度は、前述した母材部のC濃度と同様の方法によって測定する。
本開示の電縫鋼管において、母材部の内表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さ(以下、「内表面側のビッカース硬さ」ともいう)及び母材部の外表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さ(以下、「外表面側のビッカース硬さ」ともいう)の各々は、420Hv以上510Hv未満である。
内表面側のビッカース硬さ及び外表面側のビッカース硬さの各々が420Hv以上であることは、機械構造部品用電縫鋼管としての強度確保に寄与する。上記ビッカース硬さは、好ましくは450Hv以上である。
内表面側のビッカース硬さ及び外表面側のビッカース硬さの各々が510Hv未満であることは、機械構造部品用電縫鋼管の製造し易さ(例えば、素材である熱延鋼板の製造し易さ、熱延鋼板をロール成形して造管する際のロール成形のし易さ、等)に寄与する。上記ビッカース硬さは、好ましくは509MPa以下である。
電縫鋼管のC断面において、電縫溶接部を0°とし、時計回りに、電縫溶接部から周方向に90°、180°、及び270°の各位置(即ち、母材90°位置、母材180°位置、及び母材270°位置)における内表面から深さ0.5mmの位置(計3か所)を、測定位置として決定する。
上記3か所の測定位置の各々において、JIS Z 2244(2009)に準拠したビッカース硬さ試験を実施して、ビッカース硬さ(Hv)を得る。試験力は0.98Nとする。
得られた3つのビッカース硬さ(測定値)の算術平均値を、母材部の内表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さ(Hv)とする。
本開示の電縫鋼管のサイズには特に限定はない。
本開示の電縫鋼管の直管部の外径は、例えば10~50mmである。
本開示の電縫鋼管において、直管部における母材部の肉厚(t)を直管部の外径(D)で除した値(t/D値)は、例えば0.04~0.25である。
本開示の電縫鋼管において、直管部における母材部の肉厚は、例えば2.0~8.0mmである。
以下、本開示の電縫鋼管を製造するための製造方法の一例(以下、「製法X」とする)について説明する。
以下の製法Xは、後述する実施例の電縫鋼管の製造方法である。
母材部A及び電縫溶接部Aを含み、母材部Aの化学組成が、質量%で、
C:0.30~0.38%、
Si:0.05~0.40%、
Mn:0.50~2.00%、
Al:0.010~0.060%、
Ti:0.005~0.050%、
B:0.0003~0.0050%、
Ca:0.0005~0.0040%、
N:0~0.0060%、
P:0~0.020%、
S:0~0.0200%、
O:0~0.0050%、
Cu:0~0.50%、
Ni:0~0.50%、
Cr:0~0.50%、
V:0~0.20%、
Nb:0~0.10%、
Mo:0~0.50%、
Mg:0~0.0500%、
REM:0~0.0500%、及び、
残部:Fe及び不純物からなる、アズロール電縫鋼管を準備する準備工程と、
アズロール電縫鋼管に対し、焼入れを施す焼入れ工程と、
焼入れが施されたアズロール電縫鋼管に対し、焼戻しを施して機械構造部品用電縫鋼管を得る焼戻し工程と、
を備え、
焼入れ工程において、焼入れが行われる雰囲気中の酸素量が1000体積ppm以下であり、焼入れにおける冷却速度が10℃/秒以上である、
電縫鋼管の製造方法である。
以下、製法Xにおける各工程について説明する。
準備工程は、上記アズロール電縫鋼管を準備する工程である。
本工程は、予め製造してあった上記アズロール電縫鋼管を単に準備するだけの工程であってもよいし、上記アズロール電縫鋼管を製造する工程であってもよい。
アズロール電縫鋼管を製造する方法の例については、製法Aとして後述する。
製法Xでは、最終的に得られる機械構造部品用電縫鋼管中に直管部(即ち、曲げ加工が施されていない部分であって、造管まま又は伸管ままの真っすぐな部分)が含まれる限り、アズロール電縫鋼管の一部に対し、曲げ加工が施されてもよい。この場合、曲げ加工が施されていない部分が、直管部に該当する。
また、製法Xでは、アズロール電縫鋼管の一部又は全部に対し、後述する伸管加工が施されていてもよい。
この際、アズロール電縫鋼管の母材部Aの少なくとも一部分及び電縫溶接部Aの少なくとも一部分が、それぞれ、機械構造部品用電縫鋼管における直管部の母材部及び電縫溶接部に転化する。
製法Xの各工程は、鋼の化学組成に影響を及ぼさない。
従って、製法Xによって製造される電縫鋼管の直管部における母材部の化学組成は、原料である上記アズロール電縫鋼管の母材部Aの化学組成と同様であるとみなせる。
アズロール電縫鋼管のサイズには特に限定はない。
アズロール電縫鋼管の外径は、例えば10~50mmである。
アズロール電縫鋼管において、母材部の肉厚(t)をアズロール電縫鋼管の外径(D)で除した値(t/D値)は、例えば0.04~0.25である。
アズロール電縫鋼管の母材部の肉厚は、例えば2.0~8.0mmである。
焼入れ工程は、アズロール電縫鋼管に対し、焼入れを施す工程である。
焼入れ工程において、焼入れが行われる雰囲気中の酸素量は1000体積ppm以下である。これにより、内表層及び外表層に拡散したB及びCが、雰囲気中の酸素と反応することを抑制することができる。その結果、脱B及び脱Cを抑制することができる。
焼入れ工程において、焼入れにおける冷却速度は10℃/秒以上である。これにより、B及びCが拡散しやすい温度域でのアズロール電縫鋼管の滞留時間を短くすることができる。そのため、B及びCが内表層及び外表層に拡散し、拡散した酸素と反応することを抑制できる。その結果、脱B及び脱Cを抑制することができる。
焼入れ工程における焼入れは、例えば熱処理炉中で実施する。
焼入れ工程での冷却速度の上限は特に限定されない。上限は、例えば30℃/秒以下である。
焼入れ温度が上記範囲である場合には、最終的に得られる機械構造部品用電縫鋼管において、上述したビッカース硬さ(即ち、420Hv以上510Hv未満)がより達成され易い。
焼入れ温度の上限は、好ましくは1000℃であり、より好ましくは970℃である。
焼戻し工程は、焼入れが施されたアズロール電縫鋼管(以下、「焼入れ後であって焼戻し前の電縫鋼管」ともいう)に対し、焼戻しを施して機械構造部品用電縫鋼管を得る工程である。
焼戻し温度が100℃以上である場合には、電縫鋼管の疲労強度がより高まる。
焼戻し温度が500℃以下である場合には、析出物の粗大化を抑制でき、水素起因による割れをより抑制できる。
焼戻し工程を実施する方法は、特に限定されない。
焼戻し工程を実施する方法としては、例えば、温度管理が容易な、電気炉又は雰囲気炉を用いる方法が挙げられる。
焼入れ後であって焼戻し前の電縫鋼管の好ましい態様を示す。
焼入れ後であって焼戻し前の電縫鋼管が以下に示す好ましい態様である場合には、その後の焼戻しにより、前述した条件を満足する本開示の機械構造部品用電縫鋼管が得られやすい。
焼入れ後であって焼戻し前の電縫鋼管において、母材部における肉厚中央部のミクロ組織は、マルテンサイトであることが好ましい。
ここで、「母材部における肉厚中央部のミクロ組織は、マルテンサイトである」とは、焼入れ後であって焼戻し前の電縫鋼管における上記ミクロ組織を、本開示の機械構造部品用電縫鋼管(即ち、焼戻し後の電縫鋼管)におけるミクロ組織を観察するための前述した条件と同様の条件で観察した結果、ミクロ組織が、一様にマルテンサイトに見えることを意味する。
焼入れ後であって焼戻し前の電縫鋼管において、母材部の内表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さに基づくマルテンサイト分率(以下、「母材部の内表面側のマルテンサイト分率」ともいう)及び母材部の外表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さに基づくマルテンサイト分率(以下、「母材部の外表面側のマルテンサイト分率」ともいう)の各々は、好ましくは90%以上である。
母材部の内表面側のマルテンサイト分率が90%以上であるか否かは、母材部の内表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さの実測値が、後述の式(2)及び式(3)によって算出される90%マルテンサイト硬さ以上であるか否かによって判断した。
母材部の外表面側のマルテンサイト分率が90%以上であるか否かは、母材部の外表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さの実測値が、後述の式(2)及び式(3)によって算出される90%マルテンサイト硬さ以上であるか否かによって判断した。
ここで、母材部の内表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さ及び母材部の外表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さの各々は、それぞれ、前述した本開示の機械構造部品用電縫鋼管における母材部の内表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さ及び母材部の外表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さの各々と同様にして測定する。
90%マルテンサイト硬さ(ビッカース硬さ)=107.61+6.177×HRC(90%M)×exp(2.089×10-6×HRC(90%M)3.008) … 式(2)
HRC(90%M)=30+50×C(%) … 式(3)
焼入れ後であって焼戻し前の電縫鋼管の母材部では、内表面側及び外表面側において、90%マルテンサイト硬さ未満である領域の厚さが、0.20mm未満であることが好ましい。
焼入れ後であって焼戻し前の電縫鋼管のC断面において、母材部の肉厚をtmmとした場合に、母材部の内表面からt/8mm深さ位置から母材部の内表面に向かって0.02mmごとにビッカース硬さを測定し、深さ方向のビッカース硬さプロファイルを得る。ビッカース硬さの測定条件は、前述した機械構造部品用電縫鋼管におけるビッカース硬さの測定条件と同様である。
得られたビッカース硬さプロファイルに基づき、内表面側における90%マルテンサイト硬さ未満である領域の厚さを測定する。
製法Xは、更に、準備工程後であって焼入れ工程前に、アズロール電縫鋼管を伸管する伸管工程を備えることが好ましい。
この場合、前述の焼入れ工程では、伸管されたアズロール電縫鋼管に対し、焼入れを施す。
製法Xが伸管工程を含む場合には、アズロール電縫鋼管の素材である熱延鋼板に脱B層及び脱C層が生じていた場合でも、伸管により、脱B層及び脱C層が物理的に引き延ばされる。これにより、脱B層及び脱C層を薄くすることができるので、得られる機械構造部品用電縫鋼管において、前述した脱B層及び脱C層の範囲(即ち、脱C層の厚さが0.20mm未満、脱B層の厚さが0.10mm未満。)をより達成しやすい。
伸管は、例えば、冷間引抜、又は、ストレッチ・レデューサ圧延によって実施する。
伸管における断面減少率は、好ましくは10~40%である。
ここで、断面減少率(%)は、伸管前のアズロール電縫鋼管のC断面の面積から伸管後のアズロール電縫鋼管のC断面の面積を差し引いた値を、伸管前のアズロール電縫鋼管のC断面の面積で除して100を乗じた値である。
製法Xは、更に、準備工程後であって焼入れ工程前に、アズロール電縫鋼管に対してショットブラストを施す工程を備えることが好ましい。
製法Xが上記伸管工程を備える場合、ショットブラストは、好ましくは、伸管工程後であって焼入れ工程前に行う。
製法Xがショットブラストを施す工程を含む場合には、アズロール電縫鋼管の素材である熱延鋼板に脱B層及び脱C層が生じていた場合でも、ショットブラストにより、脱B層及び脱C層を物理的に除去することができる。これにより、脱B層及び脱C層を薄くすることができるので、得られる機械構造部品用電縫鋼管において、前述した脱B層及び脱C層の範囲(即ち、脱C層の厚さが0.20mm未満、脱B層の厚さが0.10mm未満。)をより達成しやすい。
前述した製法X(即ち、本開示の機械構造部品用電縫鋼管の製造方法の一例)におけるアズロール電縫鋼管準備工程は、アズロール電縫鋼管を製造する工程であってもよい。
以下、アズロール電縫鋼管の製造方法の一例を、製法Aとして示す。
アズロール電縫鋼管の母材部Aの化学組成と同様の化学組成を有するスラブを準備するスラブ準備工程と、
準備したスラブを圧延して熱延鋼板を得る熱延工程と、
熱延工程で得られた熱延鋼板を、巻取温度CTとなるまで冷却する冷却工程と、
冷却後の熱延鋼板を上記巻取温度CTにて巻取ることにより、熱延鋼板からなるホットコイルを得る巻取工程と、
ホットコイルから熱延鋼板を巻き出し、巻き出された熱延鋼板をロール成形することによりオープン管とし、得られたオープン管の突合せ部を電縫溶接して電縫溶接部を形成することにより、電縫鋼管を得る造管工程と、
を含む。
以上の、熱延工程、冷却工程、及び巻取工程は、ホットストリップミルを用いて実施する。
以下、製法Aにおける各工程について説明する。
スラブ準備工程は、スラブを準備する工程である。
本工程は、予め製造してあったスラブを単に準備するだけの工程であってもよいし、スラブを製造する工程であってもよい。
準備するスラブの化学組成は、製法Aによって得られるアズロール電縫鋼管の母材部Aの化学組成と同様であり、好ましい範囲も同様である。
製法Aの各工程は、鋼の化学組成に影響を及ぼさない。従って、製法Aによって製造されるアズロール電縫鋼管の母材部Aの化学組成は、原料であるスラブの化学組成と同様であるとみなせる。
この際、連続鋳造法によってスラブを製造してもよいし、溶鋼を用いてインゴットを製造し、インゴットを分塊圧延してスラブを製造してもよい。
熱延工程は、スラブを例えば1100~1300℃のスラブ加熱温度にまで加熱し、加熱されたスラブに対し、熱間圧延を施すことにより、熱延鋼板を得る工程である。
熱間圧延は、好ましくは、粗圧延機を用いる粗圧延工程と、仕上げ圧延機を用いる仕上げ圧延工程と、をこの順に実施することによって行う。
粗熱延機としては、リバース式であってもよいし、一列に配列された複数の圧延スタンドを備えるタンデム式であってもよい。
仕上げ圧延工程では、
一列に並んだ複数の圧延スタンド(各圧延スタンドは一対のワークロールを有する)を含むタンデム式の仕上げ圧延機を用いた仕上げ圧延を実施してもよいし、
一対のワークロールを有するリバース式圧延機を用いた仕上げ圧延を実施してもよい。
仕上げ圧延工程後の鋼板の板厚は特に限定されないが、例えば、2.0~20.0mmである。
冷却工程は、熱延工程で得られた熱延鋼板を、巻取温度CTまで冷却する工程である。
ここで、巻取温度CTは、巻取り時の熱延鋼板の表面温度を意味する。
巻取温度T1は、800℃以下であることが好ましい。巻取温度T1が800℃以下であると、スケールの発生をより抑制できる。巻取温度T1の上限は、好ましくは650℃である。
巻取温度T1の下限は特に限定されないが、下限は、好ましくは500℃であり、より好ましくは550℃である。
巻取工程は、冷却後の熱延鋼板を巻取温度CTにて巻取ることにより、熱延鋼板からなるホットコイルを得る工程である。
巻取温度CTの好ましい範囲は前述のとおりである。
造管工程は、ホットコイルから熱延鋼板を巻き出し、巻き出された熱延鋼板をロール成形することによりオープン管とし、得られたオープン管の突合せ部を電縫溶接して電縫溶接部を形成することにより、電縫鋼管を得る工程である。
造管工程は、公知の方法に従って行うことができる。
その他の工程としては、例えば;
造管工程後に電縫溶接部をシーム熱処理する工程;
造管工程後(前述のシーム熱処理する工程を含む場合には、シーム熱処理する工程の後)において、電縫鋼管の外径をサイザーによって縮径する工程;
造管工程前に、熱延鋼板を酸洗浄することにより、表面のスケールを除去する工程;
等が挙げられる。
従って、製法Aによって製造されるアズロール電縫鋼管の母材部Aの化学組成は、原料(溶鋼又はスラブ)の化学組成と同様とみなせる。
表1~表4中の下線は、本開示の範囲外か、又は、好ましい製造条件の範囲外であることを示す。
準備工程として、前述の製法Aに従い、アズロール電縫鋼管を準備(製造)した。
以下、詳細を示す。
表1及び表2中の空欄は、対応する元素含有量が検出限界未満であったこと(即ち、対応する元素が含有されていないこと)を示す。
表1及び表2中に示した元素を除いた残部は、Fe及び不純物である。
表1及び表2中の下線は、本開示の範囲外であることを示す。
鋼ZにおけるREMは、Laである。
鋼AAにおけるREMは、Ceである。
鋼ABにおけるREMは、Ndである。
鋼AEにおけるREMは、Yである。
鋼AFにおけるREMは、Y(0.0037%)及びCe(0.0052%)である。
熱延工程で得られた熱延鋼板を、下記の表3及び表4に示す巻取温度CTとなるまで冷却した(冷却工程)。
冷却後の熱延鋼板を巻取温度CTにて巻取ることにより、板厚4.9mmの熱延鋼板からなるホットコイルを得た(巻取工程)。
以上の、熱延工程、冷却工程、及び巻取工程は、ホットストリップミルを用いて実施した。
この際、表3及び表4中の「酸洗」欄に「有」と表記されている試験番号では、巻き出し後であってロール成形前の熱延鋼板に対し、スケール除去処理としての酸洗処理を実施した。
表3及び表4中の「任意工程」欄に、「1回伸管」と記載されている試験番号では、焼入れ工程前のアズロール電縫鋼管に対し、断面減少率16%の1回の伸管を施した。1回の伸管後のサイズは、外径22.0mm、肉厚4.5mmである。
表3及び表4中の「任意工程」欄に、「2回伸管」と記載されている試験番号では、焼入れ工程前のアズロール電縫鋼管に対し、断面減少率が合計で16%となる2回の伸管を施した。2回の伸管後のサイズは、外径22.0mm、肉厚4.5mmである。
表3及び表4中の「任意工程」欄に、「ショットブラスト」と記載されている試験番号では、焼入れ工程前のアズロール電縫鋼管に対し、ショットブラストを施した。
アズロール電縫鋼管に対し、下記の表3及び表4に示す条件の焼入れ工程及び焼戻し工程をこの順に実施し、各試験番号の機械構造部品用電縫鋼管を製造した。
焼入れは、熱処理炉にて行った。
表3及び表4中、「雰囲気」欄に「CO2」と記載されている試験番号では、熱処理炉での雰囲気をCO2とし、雰囲気中の酸素量を1000体積ppm以下とした条件で焼入れを実施した。
表3及び表4中、「雰囲気」欄に「大気」と記載されている試験番号では、熱処理炉での雰囲気を大気雰囲気とした条件で焼入れを実施した。
焼入れ温度及び冷却速度は、表3及び表4中に示すとおりとした。
焼戻し温度は、表3及び表4中に示すとおりとした。
焼戻し温度での保持時間は1~60分の範囲内とした。
但し、本開示の機械構造部品用電縫鋼管は、長さ方向の全体が直管部である態様には限定されず、直管部を含み、かつ、直管部以外の部分(例えば曲げ加工部)を含む態様であってもよい。
焼入れ後であって焼入れ前の電縫鋼管の内表面側及び外表面側の各々について、前述した方法により、硬さに基づくマルテンサイト分率(%)及び90%マルテンサイト硬さ未満の領域の厚さ(mm)をそれぞれ求めた。
結果を表3及び表4に示す。
表3及び表4に示すように、全実施例において、内表面側及び外表面側の各々における90%マルテンサイト硬さ未満の領域の厚さが0.20mm未満であることが確認された。
機械構造部品用電縫鋼管について、前述した方法により、内表面側及び外表面側の各々における脱B層の厚さ、内表面側及び外表面側の各々における脱C層の厚さ、内表面側及び外表面側の各々における母材部硬さ(詳細には、母材部の内表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さ及び母材部の外表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さの各々)を測定した。
結果を表3及び表4に示す。
表3及び表4に示すように、全実施例において、内表面側及び外表面側の各々において、脱B層の厚さが0.10mm未満であり、脱C層の厚さが0.20mm未満であり、ビッカース硬さが420Hv以上510Hv未満であることが確認された。
製造した機械構造部品用電縫鋼管(以下、単に「電縫鋼管」ともいう)の母材90°位置において、電縫鋼管の内表面を含む板厚2mmの疲労試験片を採取した。
疲労試験片の長手方向は電縫鋼管の管軸方向と平行とし、長さを60mmとした。
採取した疲労試験片を用いて、疲労強度試験を実施した。
疲労強度試験は、JIS Z 2273(1978)に準拠した。
疲労強度試験の試験条件は、負荷応力は350MPaとし、応力比R(最小応力/最大応力)=-1の両振りとした。
上記疲労強度試験を実施して、破断回数を得た。
得られた破断回数が8.0万回以上である場合、疲労強度が高いと評価した。
結果を表3及び表4に示す。
各実施例の機械構造部品用電縫鋼管は、
直管部における母材部の化学組成が本開示における化学組成であり、
母材部における肉厚中央部のミクロ組織が焼戻しマルテンサイトであり、
母材部の内表面側及び外表面側の各々において、脱C層の厚さが0.20mm未満であり、脱B層の厚さが0.10mm未満であり、
内表面側及び外表面側の各々における母材部硬さ(即ち、母材部の内表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さ及び母材部の外表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さの各々)が、420Hv以上510Hv未満であった。
各実施例の機械構造部品用電縫鋼管は、疲労強度試験における破断回数が多く、疲労強度に優れていた。
以上のように、各実施例では、引張強度及び疲労強度に優れた機械構造部品用電縫鋼管が得られた。
試験番号11では、鋼の化学組成が適切であったものの、焼入れ温度が900℃未満であった。その結果、内表面側及び外表面側の母材部硬さが不足した。
試験番号40は、C含有量が高すぎた。その結果、内表面側及び外表面側の各々における母材部硬さが上限を超過した。また、この試験番号40では、溶接割れが発生し、疲労強度の試験を行うことができなかった。このため、疲労強度の結果は、「N.D.」(No data)とした。
試験番号42は、Si含有量が高すぎた。その結果、疲労強度が不足した。
試験番号43は、Mn含有量が低すぎた。その結果、疲労強度が不足した。
試験番号44は、Mn含有量が高すぎた。その結果、疲労強度が不足した。
試験番号45は、Ti含有量が低すぎた。その結果、疲労強度が不足した。
試験番号46は、Ti含有量が高すぎた。その結果、疲労強度が不足した。
試験番号47は、B含有量が低すぎた。その結果、疲労強度が不足した。
試験番号48は、B含有量が高すぎた。その結果、疲労強度が不足した。
試験番号49は、Ca含有量が低すぎた。その結果、疲労強度が不足した。
試験番号50は、Ca含有量が高すぎた。その結果、疲労強度が不足した。
Claims (8)
- 直管部を含む機械構造部品用電縫鋼管であって、
前記直管部が、母材部及び電縫溶接部を含み、
前記母材部の化学組成が、質量%で、
C:0.30~0.38%、
Si:0.05~0.40%、
Mn:0.50~2.00%、
Al:0.010~0.060%、
Ti:0.005~0.050%、
B:0.0003~0.0050%、
Ca:0.0005~0.0040%、
N:0~0.0060%、
P:0~0.020%、
S:0~0.0200%、
O:0~0.0050%、
Cu:0~0.50%、
Ni:0~0.50%、
Cr:0~0.50%、
V:0~0.20%、
Nb:0~0.10%、
Mo:0~0.50%、
Mg:0~0.0500%、
REM:0~0.0500%、及び、
残部:Fe及び不純物からなり、
前記母材部における肉厚中央部のミクロ組織が、焼戻しマルテンサイトであり、
Cの濃度が、前記母材部の化学組成におけるCの濃度に対して90%以下である層を脱C層とし、Bの濃度が、前記母材部の化学組成におけるBの濃度に対して90%以下である層を脱B層とした場合に、前記母材部の内表面側及び外表面側の各々において、脱C層の厚さが0.20mm未満であり、脱B層の厚さが0.10mm未満であり、
前記母材部の内表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さ及び前記母材部の外表面から深さ0.5mmの位置におけるビッカース硬さの各々が、420Hv以上510Hv未満である、
機械構造部品用電縫鋼管。 - 前記母材部の化学組成が、質量%で、
Cu:0.01~0.50%、
Ni:0.05~0.50%、
Cr:0.05~0.50%、及び
Mo:0.01~0.50%
からなる群から選択される1種以上を含有する
請求項1に記載の機械構造部品用電縫鋼管。 - 前記直管部の外径が10~50mmであり、
前記母材部の肉厚を前記直管部の外径で除した値が0.04~0.25である、
請求項1又は請求項2に記載の機械構造部品用電縫鋼管。 - 前記母材部の前記化学組成において、下記式(1)で表されるF1が、0.50以上である、
請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の機械構造部品用電縫鋼管。
F1 = Ca×(1-124×O)/(1.25×S) … 式(1)
式(1)の各元素記号は、各元素の質量%を意味する。 - 請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の機械構造部品用電縫鋼管を製造する方法であって、
母材部A及び電縫溶接部Aを含み、前記母材部Aの化学組成が、質量%で、
C:0.30~0.38%、
Si:0.05~0.40%、
Mn:0.50~2.00%、
Al:0.010~0.060%、
Ti:0.005~0.050%、
B:0.0003~0.0050%、
Ca:0.0005~0.0040%、
N:0~0.0060%、
P:0~0.020%、
S:0~0.0200%、
O:0~0.0050%、
Cu:0~0.50%、
Ni:0~0.50%、
Cr:0~0.50%、
V:0~0.20%、
Nb:0~0.10%、
Mo:0~0.50%、
Mg:0~0.0500%、
REM:0~0.0500%、及び、
残部:Fe及び不純物からなる、アズロール電縫鋼管を準備する準備工程と、
前記アズロール電縫鋼管に対し、焼入れを施す焼入れ工程と、
前記焼入れが施された前記アズロール電縫鋼管に対し、焼戻しを施して前記機械構造部品用電縫鋼管を得る焼戻し工程と、
を備え、
前記焼入れ工程において、前記焼入れが行われる雰囲気中の酸素量が1000体積ppm以下であり、前記焼入れにおける冷却速度が10℃/秒以上である、
機械構造部品用電縫鋼管の製造方法。 - 更に、前記準備工程後であって前記焼入れ工程前に、前記アズロール電縫鋼管を伸管する伸管工程を備え、
前記焼入れ工程は、伸管された前記アズロール電縫鋼管に対し、焼入れを施す、
請求項5に記載の機械構造部品用電縫鋼管の製造方法。 - 更に、前記準備工程後であって前記焼入れ工程前に、前記アズロール電縫鋼管に対してショットブラストを施す工程を備える、
請求項5又は請求項6に記載の機械構造部品用電縫鋼管の製造方法。 - 前記焼入れにおける加熱温度が900~1050℃であり、
前記焼戻しにおける加熱温度が100~500℃である、
請求項5~請求項7のいずれか1項に記載の機械構造部品用電縫鋼管の製造方法。
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WO2019188224A1 (ja) * | 2018-03-29 | 2019-10-03 | Jfeスチール株式会社 | 中空スタビライザー製造用の電縫鋼管、中空スタビライザー、及びそれらの製造方法 |
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